基于ARM+Linux的中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)的研究

摘 要:隨著微電子技術以及計算機技術的迅速發(fā)展，嵌入式解決方案正逐步走入人們的生活。本文系統(tǒng)研究了一種基于ARM+Linux的中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)，分別進行系統(tǒng)硬件設計以及軟件設計，以實現(xiàn)對中央空調(diào)控制系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的獲取，信息處理以及集中控制的功能。

關鍵詞:ARM+Linux 空調(diào)控制

中圖分類號:TB6文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0006-01

新世紀以來，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，中央空調(diào)已經(jīng)逐步走入人們的生活，讓人們在炎炎的夏日和寒冷的冬天能夠享受到宜人的室內(nèi)環(huán)境。然而，隨著空調(diào)技術的不斷發(fā)展，以及現(xiàn)代建筑理念地不斷改進，現(xiàn)代建筑內(nèi)部構(gòu)造越來越復雜，簡單直接使用中央空調(diào)已不能滿足這一變化的要求，在實際應用中出現(xiàn)這樣那樣的問題，本文將系統(tǒng)探究一種基于嵌入式技術的中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)中央空調(diào)的智能化、人性化、簡易化控制。

1 中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)

在中央空調(diào)實際使用過程中，由于中央空調(diào)通常應用在大型建筑的溫度調(diào)控，由于季節(jié)變化、建筑結(jié)構(gòu)多變等原因，中央空調(diào)的使用并不像人們想象中那么簡單，所以在中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)有著舉足輕重的作用，主要解決數(shù)據(jù)監(jiān)聽與接受、地理環(huán)境模擬、中央空調(diào)參數(shù)設置、中央空調(diào)運行狀態(tài)顯示以及中央空調(diào)運行狀態(tài)控制等五個任務，優(yōu)秀的中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)不能能夠滿足這些要求，還能夠起到節(jié)能、環(huán)保、低碳的作用。

2 嵌入式系統(tǒng)介紹

進入21世紀以來，隨著微電子技術、計算機技術以及軟件技術的迅速發(fā)展，計算機正逐步朝著小型化、微型化發(fā)展，這些計算機芯片體積小、處理能力強、數(shù)據(jù)處理速度快，能夠很好的滿足到電器控制、集中系統(tǒng)控制要求，而嵌入式技術正是這一領域中發(fā)展最快，技術最為成熟的一個方向，嵌入式技術是當前計算機技術領域以及控制技術領域最為前沿和熱門的技術方向。硬件方面，隨著硅電子技術的不斷發(fā)展，芯片技術正大踏步地向前飛躍，當前ARM芯片以及DSP芯片成為嵌入式解決方案中硬件解決的兩個主要方向，其中ARM芯片處理速度快、可開發(fā)性高，是進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主流芯片。軟件方面，進入21世紀以來，Linux操作系統(tǒng)被越來越多到應用到各個領域中，并推出了眾多Linux操作系統(tǒng)版本，特別是嵌入式系統(tǒng)領域，人們熟知的安卓手機操作系統(tǒng)就是一個較為流行的版本，Linux操作系統(tǒng)由于其代碼開源的特點，世界范圍內(nèi)所有程序員都可以根據(jù)實際情況增加或者刪除操作系統(tǒng)源代碼并將其公布到互聯(lián)網(wǎng)上，供所有的Linux開發(fā)者使用，正式由于這一特點，Linux操作系統(tǒng)正成為世界主流操作系統(tǒng)以及嵌入式開發(fā)的主流操作系統(tǒng)。

3 軟硬件設計

硬件電路設計，本文采用ARM9芯片作為集中控制系統(tǒng)的控制核心，外接有FLASH電路，SDRAM電路，LCD電子顯示屏電路，電源電路，串口通訊電路以及網(wǎng)絡通訊電路幾個部分。控制核心電路部分設計，處理器芯片選用ATMEL公司研發(fā)的AT91RM9200芯片，該芯片主頻高、處理速度快，能夠很好地滿足系統(tǒng)對硬件處理速度的要求；電源電路部分設計，本系統(tǒng)中要實現(xiàn)3.3V以及1.8V電路電壓的輸出，本文使用LM1117 低壓差線性調(diào)壓器電路來實現(xiàn)3.3V電壓以及1.8V電壓的輸出；存儲器電路設計，本文存儲器電路中設計到Nor Flash接口電路設計、Nand FLASH接口電路設計以及SDRAM接口電路設計，Nor Flash接口電路設計選用AT49BV322A芯片實現(xiàn)，該芯片存儲容量為32MB，數(shù)據(jù)寬度為16B，工作電壓區(qū)間在2.63V到3.6V之間，用來儲存系統(tǒng)啟動代碼以及操作系統(tǒng)內(nèi)核以及一定量的用戶程序，能夠滿足系統(tǒng)要求；SDRAM電路主要是用來存放系統(tǒng)的應用程序，本文采用的SDRAM存儲芯片容量為32MB，工作電壓為3.3V，16B的數(shù)據(jù)寬度，使用兩片芯片搭建的芯片組完成SDRAM電路；NAND FLASH電路主要是用來存儲集控系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，本文采用K9F1208U 74HC245芯片實現(xiàn)NAND FLASH電路的構(gòu)建，該芯片擁有雙向總線驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向緩沖，很好的滿足了系統(tǒng)對硬件的要求；串口通信電路主要實現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元與控制核心、控制核心與執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通訊，本文采用MAX 232電平轉(zhuǎn)換芯片以實現(xiàn)控制核心中4個串口接口中三個接口的串口通信；網(wǎng)絡通訊電路設計，由于控制核心芯片內(nèi)只有網(wǎng)絡模塊，在物理層選用DM9161芯片即可實現(xiàn)芯片內(nèi)部與外圍以太網(wǎng)電路的網(wǎng)絡通訊；LCD電路設計，控制核心芯片中內(nèi)置有LCD接口電路，只需將參數(shù)匹配的LCD模塊直接由芯片內(nèi)置的LCD電路連接，即實現(xiàn)了LCD電路的完成。

系統(tǒng)軟件設計部分，本文上位機采用linux一個較為流行，非常適合嵌入式開發(fā)的發(fā)行版ubuntu，本文軟件部分主要涉及如下幾個部分:嵌入式操作系統(tǒng)移植、網(wǎng)絡通訊模塊實現(xiàn)、LCD控制實現(xiàn)以及系統(tǒng)控制實現(xiàn)。嵌入式操作系統(tǒng)移植部分，完成嵌入式linux內(nèi)核移植操作，在上位機中搭建好ARM-LINUX交叉編譯環(huán)境，移植U-BOOT，進行編譯，通過上位機將內(nèi)核傳輸?shù)较挛粰C芯片中，進行系統(tǒng)編譯操作，完成嵌入式操作系統(tǒng)的移植；網(wǎng)絡通訊模塊部分主要有串口通訊部分以及網(wǎng)絡通訊部分，串口部分采用RS485串口通訊協(xié)議，網(wǎng)絡部分采用UDP網(wǎng)絡通訊協(xié)議，其中UDP網(wǎng)絡通訊部分，著重解決網(wǎng)絡報文的報文加載、報文傳輸、報文接受、報文解報等操作；LCD控制部分，安裝Linux操作系統(tǒng)下LCD顯示屏的驅(qū)動程序，然后使用集成圖形編輯軟件QT對顯示屏進行圖形控制設計，并將圖形程序與操作系統(tǒng)以及控制程序相集成；系統(tǒng)控制程序部分，本系統(tǒng)要完成中央空調(diào)集成控制系統(tǒng)的五個主要任務，數(shù)據(jù)監(jiān)聽與接受、地理環(huán)境模擬、中央空調(diào)參數(shù)設置、中央空調(diào)運行狀態(tài)顯示以及中央空調(diào)運行狀態(tài)控制，其中數(shù)據(jù)監(jiān)聽與接收部分由溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器等實現(xiàn)，地理環(huán)境模擬要結(jié)合具體季節(jié)以及具體建筑實際情況進行模擬，參數(shù)設置、運行狀態(tài)顯示以及運行狀態(tài)控制則是根據(jù)用戶需求進行算法編寫，最后完成。

4 結(jié)語

隨著微電子技術以及計算機技術的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)中央空調(diào)控制技術已經(jīng)越來越不能滿足人們對生活的要求，與此同時，嵌入式技術正逐步走入人們的生活，改變著生活的方方面面。本文系統(tǒng)研究了一種基于ARM+Linux的中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)，分別進行系統(tǒng)硬件設計以及軟件設計，硬件部分采用處理速度快、性能穩(wěn)定的ARM9芯片處理器作為核心的硬件控制電路，軟件方面使用嵌入式LINUX操作系統(tǒng)進行系統(tǒng)開發(fā)以及功能實現(xiàn)，以實現(xiàn)對中央空調(diào)控制系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的獲取操作，信息處理以及集中控制，完成了對中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能強大，能夠很好的滿足人們的各項要求。